Thiết kế khung ngang, trục 3 của một trường học với mặt bằng và mặt cắt như hình vẽ

BÀI TẬP KHUNG PHẲNG Đề bài: Thiết kế khung ngang, trục trường học với mặt mặt cắt hình vẽ Số tầng H(m L1(m) L2(m) 3,6 ) 3,4 6,2 3600 Pmc(daN/m2) Psc(daN/m2) Phlc(daN/m2) A 3600 3600 75 3600 33200 4000 3600 3600 200 3600 300 10 4000 80 40 60 20 C PHÒNG H? C PHÒNG H? C PHÒNG NGH? GV PHÒNG H? C WC 20 20 B A A M? T B? NG KI?N TRÚC T? NG ÐI? N HÌNH Lớp M: - Lợp tôn đỏ dày 0.12mm - Xà gồ thép U100 - Tường thu hồi 110 - Sàn BTCT - Vữa trát trần mác 75 dày 20, sơn trắng Lớp S1 - Gạch lát sàn ceramic dày 8mm, trọng lượng riêng 2000daN/m3; n=1,1 -Lớp vữa lát dày 15mm, trọng lượng riêng 2000daN/m3; n=1,3 - Bản sàn BTCT, trọng lượng riêng 2500daN/m3; n=1,1 - Sàn BTCT - Lớp vữa trát trần dày 15mm, trọng lượng riêng 2000daN/m3 1 Địa điểm XD Thanh Hóa M 0 + 1020 h 0 600 600 S1 h + 6800 S1 S1 h + 3400 +_ 0 620 C BA A-A A LỰA CHỌN GIẢ PHÁP KẾT CẤU  Chọn hệ kết cấu: hệ khung BTCT toàn khối I VẬT LIỆU SỬ DỤNG Bê tông: - Sử dụng bê tông cấp độ bền B15 + Rb = 8,5 MPa + Rbt = 0,75 MPa Thép: + Nếu < 12 mm dùng thép AI có: Rs = Rsc = 225 MPa + Nếu > 12 mm dùng thép AII có: Rs = Rsc = 280 MPa II LỰA CHỌN KÍCH THƯỚC TIẾT DIỆN Lựa chọn giải pháp kích thước cho sàn a Giải pháp kết cấu cho sàn Chọn giải pháp sàn sườn tồn khối, khơng bố trí dầm phụ, có dầm bắc qua cột b Chọn kích thước chiều dày sàn chon chiều dày sàn theo công thức tác giả Lê Bá Huế 2 hs = kLng α= 37 + 8α , với Lng Ld  Với sàn phịng - Hoạt tải tính tốn : ps = pc.n = 200.1,2 = 240 (daN/m2) - Tĩnh tải tính tốn (chưa kể trọng lượng thân sàn BTCT) Bảng Cấu tạo tải trọng lớp vật liện sàn phòng Các lớp vật liệu Tiêu chuẩn n Tính tốn - Gạch lát sàn ceramic dày 8mm,0= 2000daN/m3 0,008.2000 = 16 daN/m2 16 1,1 17,6 - Lớp vữa lát dày 15mm, = 2000 daN/m3 0,0015.2000 = 30 daN/m 30 1,3 39 - Lớp vữa trát trần dày 15mm,0= 2000daN/m3 0,0015.2000 = 30 daN/m2 30 1,3 39 Tổng 95,6 - Do khơng có tường xây trực tiếp sàn nên tĩnh tải tín tốn g0 = 95,6 (daN/m2) - Vậy tải trọng phân bố lên sàn q0 = g0 + ps = 240 + 95,6 = 335,6 (daN/m2) Ta có q0< 400 (daN/m2) k = Ơ sàn phịng có + Ldài = L2 = 6,2 m + Lngắn = L1 = 3,6 m ⇒α = L1 3,6 = = 0,581 L2 6,2 Chiều dày sàn phòng hs1 = k Lng 37 + 8.α = 1.3,6 = 0,0864 (m) = 8,64(cm) 37 + 8.0,581 Chọn hs1 = (cm) Vậy kể tải trọng than sàn BTCT + Tĩnh tải tính tốn sàn phịng gs = g0 + bths1.n = 95,6 + 0,08.2500.1,1 = 315,6 (daN/m2) 3 + Tổng tải trọng phân bố tính tốn sàn phòng qs = ps + gs = 240 + 315,6 = 555,6 (daN/m2)  Với sàn hành lang + Hoạt tải tính tốn : phl = pc.n = 300.1,2 = 360 (daN/m2) + Tĩnh tải tính tốn ( chưa kể tải trọng than sàn BTCT ) go = 95,6 (daN/m2) Vì vây tải trọng phân bố tính toán sàn q0hl = g0 + phl = 95,6 + 360 = 455,6 (daN/m2) →k =3 q hl 455,6 = = 1,04 400 400 Ô sàn hành lang có : + Ldài = L1 = 3,6 m + Lngắn = 2,2 m = = 0,611 Chiều dày sàn hành lang: hs = k Lng 37 + 8.α = 1,04.2,2 = 0,0546(m) = 5,46 (cm) 37 + 8.0,611 Chọn hs2= (cm) Vậy kể tải trọng thân sàn BTCT + Tĩnh tải tính tốn ô sàn hành lang ghl = g0 + bths2.n = 95,6 + 0,08.2500.1,1 = 315,6 (daN/m2) + Tổng tải trọng phân bố tính tốn sàn hành lang qhl = phl + ghl = 360 + 315,6 = 675,6 (daN/m2) 4  Với sàn mái - Hoạt tải tính tốn : pm = pc.n = 75.1,3 = 97,5 (daN/m2) - Tĩnh tải tính tốn (chưa kể trọng lượng than sàn BTCT) Bảng Cấu tạo tải trọng lớp vật liện sàn mái Các lớp vật liệu Tiêu chuẩn n 30 1,3 Tính tốn 39 40 1,3 52 - Lớp vữa l át dày 15mm, = 2000 daN/m3 0,0015.2000 = 30 daN/m2 - Lớp vữa trát trần dày 20 mm, 0= 2000daN/m3 0,002.2000 = 30 daN/m2 Tổng 91 - Do khơng có tường xây trực tiếp sàn nên tĩnh tải tín tốn g = 91 (daN/m2) - Vậy tải trọng phân bố lên sàn q0m= g0 + ps = 91 +97,5 = 188,5 (daN/m2) Do tải trọng mái nhỏ nên ta chọn chiều dày ô sàn mái hs3 = (cm) Vậy kể tải trọng than sàn BTCT coi tải trọng mái tôn, xà gồ phân bố sàn : + Tĩnh tải tính tốn sàn mái gm = g0 + gmái tôn + h n = 91 + 20.1.05 + 0,08.2500.1,1 = 332 bt s1 (daN/m2) + Tổng tải trọng phân bố tính tốn sàn mái qm = pm + gm = 97,5 + 332 = 429,5 (daN/m2) Lựa chọn kết cấu mái  Kết cấu mái dùng hệ mái tôn gác lên xà gồ, xà gồ gác lên tường thu hồi Lựa chon kích thước tiết diện phận a, Kích thước tiết diện dầm:  Dầm BC (dầm phòng ) Nhịp dầm Ld = L2 =6,2 m hd = L2 6,2 = = 0,52m md 12 hd = 0,55m Chọn chiều cao dầm: bd = 0,22m , bề rộng: Với dầm mái, tải trọng nhỏ nên ta chọn chiều cao bé  Dầm AB (dầm hành lang ) Nhịp dầm: bề rộng L = 2,2 m , nhỏ ta chọn chiều cao dầm bd = 0,22m  Dầm dọc nhà: Nhịp dầm L = L1 = 3,6m hd = Chiều cao dầm: L1 3,6 = = 0,3m m d 12 hd = 0,3m Ta chọn chiều cao dầm bd = 0,22m , bề rộng: b, Kích thước cơt: Diện tích kích thước cột xác định theo công thức: A= k N Rb  Cột trục B: - Diện truyền tải côt trục B: SB = ( 6,2 2,2 + ).3,6 = 15,12m 2 - Lực dọc lực phân bố sàn: N = q s S B = 555,6.15,12 = 8400,67(daN ) - Lực dọc tải trọng tường ngăn dày 220 mm 6 hd = 0,3m , hd = 0,45m N = g t l t ht = 514.( 6,2 + 3,6).3,6 = 12397,68 (daN ) - Lực dọc tải trọng tường thu hồi: N = g t lt ht = 296.( 6,2 2,2 + ).0,8 = 994,56 (daN ) 2 - Lực dọc tải phân bố sàn mái: N = q m S B = 429,5.15,12 = 6494,04(daN ) - Với nhà tầng có sàn học sàn mái thì: N = ∑ ni N i = 2.( 8400,67 + 12397,68) + 1.( 994,56 + 6494,04) = 49085,3( daN ) Để kể đến ảnh hưởng mômen ta chọn → A= k = 1,1 k N 1,1.49085,3 = = 635,22 (cm ) Rb 85 bc × hc = 22 × 30cm Vậy ta chọn kích thước cột có As = 660 (cm2) > 635,22 (cm2)  Cột trục C: Cột trục C có diện chịu tải SC nhỏ diện chịu tải cột trục B, để thiên an toàn định hình hóa ván khn, ta chọn kích thước tiết diện cột trục C ( bc × hc = 22 × 30 cm ) với cột trục B  Cột trục A: Diện truyền tải côt trục A: SA = 2,2 3,6 = 3,96 m 2 - Lực dọc lực phân bố sàn hành lang: N = q hl S A = 675,6.3,96 = 2675,38( daN ) - Lực dọc tải trọng lan can N = g t l t hlc = 296.3,6.0,9 = 959,04(daN ) 7 ( Sơ lấy chiều cao lan can 0,9 m) - Lực dọc tải trọng tường thu hồi: N = g t l t ht = 296 2,2 0,8 = 260,48(daN ) - Lực dọc tải phân bố sàn mái: N = q m S A = 429,5.3,96 = 1700,8 (daN ) Với nhà tầng có hành lang sàn mái thì: N = ∑ ni N i = 2.( 2675,38 + 959,04) + 1.( 260,48 + 1700,8) = 11230,12(daN ) Do lực dọc bé nên kể đến ảnh hưởng mômen ta chọn k =1,3 → A= k N 1,3.11230,12 = = 171,75 (cm ) Rb 85 Do A nhỏ để thuận tiện thi công sử dụng ván khuân nên ta chọn nên ta chọn : bc × hc = 22× 22 cm có có As = 484 (cm2) > 171,75(cm2) Càng lên cao lực dọc giảm nên ta chọn kích thước tiết diện cột sau: bc × hc = 22 x 30 cm + Cột trục B, C có kích thước: + + bc × hc = 22 x 22 cm cho tầng 1,2 cho tầng + Cột trục A có kích thước: bc × hc = 22 x 22 cm cho tầng Hình 3: Diện chịu tải cột 8 3600 3600 3600 C22x30 C22x30 C22x30 C22x30 C22x30 C22x30 C22x30 C22x30 10 C22x30 C22x30 C D22x30 C? U THANG WC +3.40 D22x30 = cm D22x55 +3.5 50 +3.5 50 D22x30 C22x30 C22x30 C22x30 C22x30 C22x30 C22x30 C22x30 C22x30 C22x22 C22x22 D22x30 C22x22 = cm C22x22 C22x22 = cm C22x22 C22x22 D22x30 C22x22 B 6200 = cm C22x30 C22x22 C22x22 2200 D22x 55 8400 D22x30 = cm A D22x30 3600 3600 D22x30 3600 3600 4000 3600 60 3600 4000 33200 MẶT BẰNG BỐ TRÍ KẾT CẤU B SƠ ĐỒ TÍNH TỐN KHUNG PHẲNG I SƠ ĐỒ HÌNH HỌC KHUNG PHẲNG 9 Hình 5: Sơ đồ hình học khung trục II SƠ ĐỒ KẾT CẤU Mơ hình hóa kết cấu khung thành đứng (cột), ngang (dầm) với trục hệ kết cấu tính đến trọng tâm tiết diện Nhịp tính tốn dầm: Nhịp tính tốn dầm lấy khoảng cách trục cột - Xác định nhịp tính tốn dầm BC: l BC = L1 + t t hc hc 0,22 0,22 + − − = 6,2 + 0,11 + 0,11 − − = 6,2 m 2 2 2 (Ở lấy với trục cột trục cột tầng 3) - Xác định nhịp tính tốn dầm AB: 10 10 Bảng Tính hoạt tải - tầng HOẠT TẢI – TẦNG Sàn Loại tải trọng cách tính (đơn vị daN/m) p2I (daN/m) Kết Do tải trọng từ sàn truyền vào dạng hình tam giác với trung độ lớn nhất: Sàn 360 2,2 = 792 tầng Đổi phân số với k = 0,625 792 0,625 I PA = PBI (daN) 495 Do tải trọng sàn truyền vào 360 [3,6 + (3,6 – 2,2)] 2,2/4 = 990 Hình 11.Sơ đồ hoạt tải 1- tầng mái 22 22 990 Bảng Tính hoạt tải - Tầng mái HOẠT TẢI - TẦNG MÁI Sàn Loại tải trọng cách tính (đơn vị daN/m) p1mI (daN/m) Kết Do tải trọng từ sàn truyền vào dạng hình thang có tung độ lớn nhất: 97,5 3,6 = 351 Đổi phân bố với k = 0,856 Tầng 3510,856 = 300,5 PCmI = PBmI (daN) mái 300,5 Do tải trọng sàn truyền vào: 97,5 3,6 3,6/4 = 315,9 PmIA,S 315,9 Do tải trọng sênô truyền vào: 97,5 0,6 3,6 = 210,6 Trường hợp hoạt tải Hình 12.Sơ đồ hoạt tải 2- tầng 23 23 210,6 Bảng Tính hoạt tải - Tầng HOẠT TẢI – TẦNG Sàn Loại tải trọng cách tính (đơn vị daN/m) P2II (daN/m) Kết Do tải trọng từ sàn truyền vào dạng hình tam giác với tung độ lớn nhất: Sàn tầng 360 2,2 = 792 Đổi phân số với k = 0,625 792 0,625 = 495 PAII = PBII (daN) 495 Do tải trọng sàn truyền vào 360 [3,6 + (3,6 – 2,2)] 2,2/4 = 990 Hình 13.Sơ đồ hoạt tải 2- tầng 24 24 990 Bảng 9.Tính hoạt tải - Tầng HOẠT TẢI – TẦNG Sàn Loại tải trọng cách tính (đơn vị daN/m) p1II (daN/m) Kết Do tải trọng từ sàn truyền vào dạng hình thang với trung độ lớn nhất: Sàn tầng 240 3,6 = 864 Đổi phân số với k = 0,856 8640,856 = 739,6 PCI = PBI (daN) 739,6 Do tải trọng sàn truyền vào 240 3,63.6/4 = 777,6 Hình 14.Sơđồ hoạt tải 2- tầng mái 25 25 777,6 Bảng 10 Tính hoạt tải - Tầng mái HOẠT TẢI - TẦNG MÁI Sàn Loại tải trọng cách tính (đơn vị daN/m) p2mII (daN/m) Kết Do tải trọng từ sàn truyền vào dạng hình tam giác với trung độ lớn nhất: 97,5 2,2 = 214,5 Đổi phân số với k = 0,625 Tầng mái 214,5 0,625 = 134,1 PAmII = PBmII (daN) 134,1 Do tải trọng sàn truyền vào 97,5[3,6 + (3,6 – 2,2)] 2,2/4 = 268,1 PmIIC,S 268,1 Do tải trọng sênô truyền vào: 97,5 0,63,6 = 210,6 Hình 15.Sơ đồ hoạt tải tác dụng vào khung 26 26 210,6 Hình 16.Sơ đồ hoạt tải tác dụng vào khung IV XÁC ĐỊNH TẢI TRỌNG GIĨ Cơng trình xây dựng Thanh Hóa, thuộc vùng gió IV-B, có áp lực gió đơn vị: W0 = 155 daN/m2.Cơng trình xây dựng thành phố bị che chắn mạnh nên có địa hình dạng C Cơng trình cao 40m nên ta xét đến tác dụng tĩnh tải trọng gió.Tải trọng truyền lên khung tính theo cơng thức Gió đẩy: qđ = W0.n.ki.Cđ.L1 Gió hút: qh = W0.n.ki.Ch.L1 Bảng11 Tính tốn hệ số k Tầng Z (m) k 4,25 4,25 0,51 3,4 7,65 0,60 27 H tầng (m) 3,4 11,05 0,68 27 Bảng12 Tính tốn tải trọng gió H tầng Z (m) 4,25 Tầng qđ (m) 4,25 n L1(m) Cđ Ch 0,51 1,2 3,6 0,8 0,6 3,4 7,65 0,60 1,2 3,6 0,8 0,6 321,4 241,1 3,4 11,05 0,68 1,2 3,6 0,8 0,6 364,3 273,2 (daN/m) (daN/m) 273,2 204,9 Ta có sơ đồ tải trọng gió tác dụng vào khung sau: Gió phải 28 qh k 28 Gió trái 29 29 CÁC BIỂU ĐỒ NỘI LỰC I DO TĨNH TẢI GÂY RA MÔ MEN LỰC CẮT 30 30 LỰC DỌC II DO HOẠT TẢI 1 MÔ MEN 31 31 LỰC CÁT LỰC DỌC 32 32 III DO HOẠT TẢI GÂY RA MÔ MEN LỰC CẮT 33 33 LỰC DỌC IV DO HOẠT GIÓ PHẢI GÂY RA MÔ MEN 34 34 LỰC CẮT LỰC DỌC 35 35 V DO GIÓ TRÁI GÂY RA MÔ MEN LỰC CẮT 36 36 ... C22x30 C22x30 C22x30 C22x30 C22x30 C22x30 C22x30 10 C22x30 C22x30 C D22x30 C? U THANG WC +3. 40 D22x30 = cm D22x55 +3. 5 50 +3. 5 50 D22x30 C22x30 C22x30 C22x30 C22x30 C22x30 C22x30 C22x30 C22x30... MEN LỰC CẮT 30 30 LỰC DỌC II DO HOẠT TẢI 1 MÔ MEN 31 31 LỰC CÁT LỰC DỌC 32 32 III DO HOẠT TẢI GÂY RA MÔ MEN LỰC CẮT 33 33 LỰC DỌC IV DO HOẠT GIĨ PHẢI GÂY RA MƠ MEN 34 34 LỰC CẮT LỰC DỌC 35 35 V... MẶT BẰNG BỐ TRÍ KẾT CẤU B SƠ ĐỒ TÍNH TỐN KHUNG PHẲNG I SƠ ĐỒ HÌNH HỌC KHUNG PHẲNG 9 Hình 5: Sơ đồ hình học khung trục II SƠ ĐỒ KẾT CẤU Mơ hình hóa kết cấu khung thành đứng (cột), ngang (dầm) với